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摘 要:
关键词:冬小麦;栽培模式;产量;氮素利用效率
Effects of Different Cultivation Patterns on Grain
Yield and Nitrogen Use Efficiency of Winter Wheat
Li Chuanxing, Wang Yuechao, Dai Xinglong, Zhang Yu,Li Huaying, He Mingrong*
(Agronomy College of Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology,
Key Laboratory of Crop Ecophysiology and Farming System, Ministry of Agriculture, Taian 271018, China)
当前小麦生产中,不尽合理的传统栽培模式(如氮肥超量撒施等)还相当普遍,不仅氮肥利用率偏低,且易造成资源浪费,并对生态环境产生极大的负面影响。如何通过栽培模式的优化,获得小麦产量和氮素利用效率的协同提高,已成为小麦高产高效栽培研究的重要课题。
小麦产量受氮肥施用量、施用时期和种植密度、播种时期等栽培因素的影响[1~3]。Moll[4]、Dhugga[5]等将氮素利用效率(Nitrogen use efficiency ,NUE)定义为单位供氮量(土壤氮+肥料氮)所能生产的籽粒产量,包括氮素吸收效率(N uptake efficiency,UPE)和氮素转化效率(N utilization efficiency,UTE)两部分;氮素吸收效率表征植物从土壤中吸取氮素的能力,氮素转化效率表征植物利用地上部积累的氮素进行籽粒生产的能力。优化栽培模式,是提高氮素利用效率的有效手段[6,7]。随施氮量的增加,氮素利用效率降低[8]。Arduini等[9]研究表明,增加种植密度,小麦地上部氮素积累量(Above-ground N uptake,AGN)增加,但籽粒含氮量(Grain N concentration,GNC)降低。有研究指出,适当推迟播期,有助于氮素利用效率的提高[10]。关于提高小麦产量或氮素利用效率,前人已从种植密度、氮肥运筹等方面作了大量的研究,但仅限于对某一个或两个因素交互效应的研究,关于不同栽培模式对其影响的研究鲜见报道。本试验在高、中肥力条件下进行,以泰农18为材料,设置不同栽培模式,分析其对冬小麦产量及氮素吸收、转化和利用效率的影响,以期为冬小麦高产高效生产提供理论依据和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
小麦生长季的降水量和月均温度
月份
降水量 (mm)
月均温度 (℃)
1013.95.615.414.9
15.60-1.61.5
312.10.69.310.6
62.434.224.024.1
碱解氮65.10 mg/kg、速效磷18.90 mg/kg、速效钾71.46 mg/kg。
表2 不同栽培模式试验设计
处理基本苗
(万株/ hm2)播期
(月/日)
不同时期肥料施用量
(kg/hm2)
肥料 播前拔节期灌溉
P2O5120-起身水,挑旗水
K2O30-灌浆水
P2O5201-挑旗-开花水
K2O9060灌浆水
P2O5120-拔节水,开花水
K2O4530灌浆水(视降水进行)
1.3 测定项目与方法
1.3.4 氮素利用各指标计算 根据Moll等[4]和Dhugga等[5]的定义进行。
氮素利用效率(NUE,kg/kg)=籽粒产量/供氮量(供氮量包括肥料氮和播前0~100 cm土层无机态氮积累量);
氮素吸收效率(UPE,%)=成熟期地上部氮素积累量/供氮量×100;
氮素收获指数(NHI,%)=(籽粒产量×籽粒含氮量)/地上部氮素积累量×100;
氮素转化效率(UTE,kg/kg)=籽粒产量/地上部氮素积累量=氮素收获指数/籽粒含氮量。
1.4 数据处理与分析
采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05软件进行数据整理和统计分析,采用LSD 法进行显著性检验,采用Microsoft Word 2007制表,Sigmaplot 12.5制图。
2 结果与分析
2.1 不同栽培模式对冬小麦籽粒产量及其构成因素的影响
表3 不同栽培模式下T18产量及其构成因素
年度地力水平处理穗数
(万穗/hm2)穗粒数千粒重
(g)产量
(t/hm2)
HH651.96a37.38b41.64a8.47b
高肥力FP631.03c41.54b43.37b8.17c
SH704.04a42.29a44.25ab8.90a
HH665.92b42.39a44.79a8.52b
HH742.22a37.40b39.14b8.65b
高肥力FP611.14c41.79a40.38b8.58c
SH805.82a38.56b44.40a10.41a
HH758.7b37.99b43.23a10.08b
注:同年度同肥力水平内,数据后不同小写字母表示0.05水平上差异显著,下同。
2.2 不同栽培模式对小麦氮素利用效率相关指标的影响
表4 不同栽培模式对氮素利用效率
及相关指标的影响
年度地力水平处理氮素利用效
率(kg/kg)氮素吸收
效率(%)氮素转化效
率(kg/kg)
SH15.18c49.83c30.49c
HH23.43a68.24a34.33b
高肥力FP17.91b55.51b30.53a
氮素转化效率(UTE)与氮素收获指数(NHI)呈正比,与籽粒含氮量呈反比。由表5可知,中肥力条件下,SH模式的NHI两年平均值为73.53%,FP模式下NHI为76.33%,通过栽培模式的优化,HH模式的NHI较SH提高2.82%,达到75.61%,但与FP模式相比并无显著差异。高肥力条件下,各处理NHI两年平均值FP模式为69.57%、SH模式为68.18%、HH模式为 71.66%,HH模式较SH模式增幅为5.1%,并显著高于FP模式。较高的籽粒含氮量(GNC)导致较低的UTE,两年两种肥力条件下SH模式的GNC均显著高于FP模式,HH模式均与FP模式
图1 不同栽培模式下小麦成熟期地上部氮素积累量与土壤中可利用氮
表5 不同栽培模式下氮素收获指数、籽粒含氮量
年度地力水平处理氮素收获指数
(%)籽粒含氮量
(%)
HH76.60a2.33b
高肥力条件FP70.64b2.35b
SH69.24c2.65a
HH72.79a2.40b
SH72.54b2.26a
高肥力条件FP68.50b2.24b
HH70.53a2.33ab
3 讨论与结论
氮素转化效率可以表示为氮素收获指数与籽粒含氮量的比值,即氮素转化效率与氮素收获指数呈正相关,与籽粒含氮量呈负相关[27]。Barraclough等[28]认为,在维持籽粒含氮量的前提下,氮素转化效率的提高应依靠提高氮素收获指数来实现。本试验中,与超高产模式比较,高产高效模式通过栽培模式的优化,籽粒含氮量显著或略有降低的同时,氮素收获指数得以显著提高,二者协同提高了高产高效模式下的氮素转化效率。中肥力条件下,高产高效模式与农民习惯种植模式比较籽粒含氮量略有上升,氮素收获指数略有下降,氮素转化效率略有降低;高肥力条件下,高产高效模式较农民习惯种植模式氮素收获指数获得提高,因此虽然其籽粒含氮量升高,但氮素转化效率仍可维持在较高水平。
相较于农民习惯栽培模式,超高产模式产量显著提高,但氮素吸收效率、氮素转化效率及氮素利用效率大幅度降低;与超高产模式相比,高产高效模式在产量略微下降的情况下,显著提高了氮素吸收效率、氮素转化效率,从而显著提高氮素利用效率。本试验结果表明两种肥力条件下,在小麦超高产处理的基础上,均可通过适当增加密度、减少氮肥投入、延迟播期集成的综合措施的优化,实现产量形成过程与氮素吸收利用过程的协调,实现冬小麦高产高效生产。
参 考 文 献:
[1]
[9] Arduini I,Masoni A,Ercoli L,et al. Grain yield,and dry matter and nitrogen accumulation and remobilization in durum wheat as affected by variety and seeding rate[J]. European Journal of Agronomy,2006,25(4):309-318.
[20]Dai X L,Zhou X H,He M R,et al. Managing the seeding rate to improve nitrogen-use efficiency of winter wheat[J]. Field Crops Research,2013,154:100-109.
[22]孔海波,肖丽丽,代兴龙,等. 地(肥)力水平和播期对冬小麦籽粒产量及氮素利用率的影响[J]. 山东农业科学,2014,46(6):35-39.
[23]Muurinen S,Slafer G A,Peltonen-Sainio P. Breeding effects on nitrogen use efficiency of spring cereals under northern conditions[J]. Crop Sci.,2006,46:561-568.
[24]Ortiz-Monasterio J I,Sayre K D,Rajaram S,et al. Genetic progress in wheat yield and nitrogen use effciency under four nitrogen rates[J]. Crop Sci.,1997,37:898-904.
[26]王东,于振文,于文明,等. 施氮水平对高产麦田土壤硝态氮时空变化及氨挥发的影响[J]. 应用生态学报,2006,17(9):1593-1598.
[28]Barraclough P B,Howarth J R,Jones J,et al. Nitrogen efficiency of wheat genotypic and environmental variation and prospects for improvement[J]. Eur. J. Agron.,2010,33:1-11.